(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024030872
(43)【公開日】2024-03-07
(54)【発明の名称】磁気浮上式発電機アセンブリ
(51)【国際特許分類】
H02K 7/09 20060101AFI20240229BHJP
F16C 32/04 20060101ALI20240229BHJP
【FI】
H02K7/09
F16C32/04 Z
【審査請求】有
【請求項の数】2
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022134072
(22)【出願日】2022-08-25
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-11-13
(71)【出願人】
【識別番号】518332505
【氏名又は名称】王明正
(74)【代理人】
【識別番号】100143720
【弁理士】
【氏名又は名称】米田 耕一郎
(72)【発明者】
【氏名】王明正
【テーマコード(参考)】
3J102
5H607
【Fターム(参考)】
3J102AA01
3J102BA03
3J102DA02
3J102DA03
3J102DA09
3J102DA11
3J102FA16
3J102GA13
5H607BB02
5H607DD03
5H607GG02
5H607GG19
(57)【要約】 (修正有)
【課題】風力発電効率を大幅に高める、磁気浮上式発電機アセンブリの提供。
【解決手段】ハウジング内に主軸が設置され、当該主軸の上端と下端がそれぞれ磁気浮上支持座体により浮上状態で支持され、かつ当該主軸の側面方向が磁気浮上軸受により支持され、当該主軸がさらに発電機の回転子とする少なくとも1つの回転盤を備え、当該回転盤上に円周に沿って複数の誘導磁石が配置され、当該主軸の周囲に沿って複数のコイルが固定子として当該ハウジングに固定され、かつ電力伝送ケーブルに接続され、当該主軸の上端に伝動機構が設置され、当該伝動機構が動力源となるファンユニットまたはモーターに連接され、当該ファンユニットまたはモーターが動力で当該主軸を駆動して旋回させることで、当該回転盤を回転させ、当該誘導磁石を当該コイルに相対して回転させて誘導電流を発生させ、本発明は磁気浮上方式で当該主軸を支持し、当該主軸の回転の抵抗を最低に抑える。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
磁気浮上式発電機アセンブリであって、内部空間を備えたハウジングを含み、
前記ハウジングが、下磁気浮上支持座体と、上磁気浮上支持座体と、複数の磁気浮上軸受と、主軸と、発電機と、ファンユニットと、を含み、
前記下磁気浮上支持座体が、前記内部空間の底面に設置され、
前記上磁気浮上支持座体が、前記内部空間の頂面に設置され、
前記複数の磁気浮上軸受が、前記内部空間内の垂直方向に沿って前記下磁気浮上支持座体に対応する上方の異なる高さ位置に設置され、
前記主軸が、前記内部空間内の前記複数の磁気浮上軸受に垂直に配置され、前記主軸の上端と下端がそれぞれ前記上磁気浮上支持座体と前記下磁気浮上支持座体に連接され、前記主軸の上端が前記ハウジングの外部まで延伸され、
前記発電機が、固定子とする複数のコイルと、回転子とする少なくとも1つの回転盤を備え、前記コイルが前記主軸の周囲に沿って前記ハウジングに固定して設置され、かつ電力伝送ケーブルに接続され、前記少なくとも1つの回転盤が前記主軸に固定され、前記回転盤上に円周に沿って配置された複数の誘導磁石が設置され、前記誘導磁石が前記コイルに相対して回転するとき、誘導電流を発生し、前記電力伝送ケーブルにより前記電流が出力され、
前記ファンユニットが前記主軸に連接され、前記ファンユニットの運転時、前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機の前記回転盤を回転させて電力を生成する、
ことを特徴とする、磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項2】
前記下磁気浮上支持座体が、下回転盤と、下固定盤を含み、前記上磁気浮上支持座体が、上回転盤と、上固定盤を含み、
前記下回転盤が、前記主軸の下端に固定され、前記下回転盤の下面の中心及び円周に複数の第1磁石が配置され、
前記下固定盤が、前記ハウジングの前記内部空間の底面に固定され、前記下固定盤の上面の中心及び円周に複数の第2磁石が配置され、
前記上回転盤が、前記主軸に固定され、前記上回転盤の上面の中心及び円周に複数の前記第2磁石が配置され、
前記上固定盤が、前記ハウジングの前記内部空間の頂面に配置され、前記上固定盤の下面の中心及び円周に複数の前記第1磁石が配置され、
そのうち、前記第1磁石と前記第2磁石が同じ磁性を有し、前記上回転盤と前記上固定盤間、及び前記下回転盤と前記下固定盤間が、前記第1磁石と前記第2磁石の相互反発により接触しない、ことを特徴とする、請求項1に記載の磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項3】
前記複数の磁気浮上軸受が、それぞれ回転子と、固定子を含み、
前記回転子が、前記主軸の外囲に沿って配置された複数の第4磁石であり、
前記固定子が、シリンダー体であり、その内円周に沿って複数の第3磁石が配置され、前記固定子が前記ハウジングに固定され、前記複数の第3磁石により前記複数の第4磁石を包囲させ、
そのうち、前記第3磁石と前記第4磁石が同じ磁性を有し、前記主軸と前記固定子間が前記第3磁石と前記第4磁石の相互に反発により接触しない、ことを特徴とする、請求項2に記載の磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項4】
前記発電機が2つの前記回転盤を備え、前記2つの回転盤が、前記主軸に固定され、かつ前記コイルの相対する両側に対称に配置される、ことを特徴とする、請求項3に記載の磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項5】
前記ファンユニットがブレードを備え、前記ブレードが回転軸に連接され、前記回転軸に能動かさ歯車が設置され、かつ前記主軸の上端に受動かさ歯車が設置され、前記能動かさ歯車と前記受動かさ歯車が噛合され、前記ブレードが回転すると、前記能動かさ歯車及び前記受動かさ歯車により前記主軸を駆動して回転させ、前記発電機に発電させる、ことを特徴とする、請求項4に記載の磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項6】
磁気浮上式発電機アセンブリであって、内部空間を備えたハウジングを含み、
前記ハウジングが、下磁気浮上支持座体と、上磁気浮上支持座体と、複数の磁気浮上軸受と、主軸と、発電機と、モーターと、を含み、
前記下磁気浮上支持座体が、前記内部空間の底面に設置され、
前記上磁気浮上支持座体が、前記内部空間の頂面に設置され、
前記複数の磁気浮上軸受が、前記内部空間内の垂直方向に沿って前記磁気浮上支持座体に対応する上方の異なる高さ位置に設置され、
前記主軸が、前記内部空間内の前記複数の磁気浮上軸受に垂直に配置され、前記主軸の上端と下端がそれぞれ前記上磁気浮上支持座体と前記下磁気浮上支持座体に連接され、前記主軸の上端が前記ハウジングの外部まで延伸され、
前記発電機が、固定子とする複数のコイルと、回転子とする少なくとも1つの回転盤を備え、前記コイルが前記主軸の周囲に沿って前記ハウジングに固定して設置され、かつ電力伝送ケーブルに接続され、前記少なくとも1つの回転盤が前記主軸に固定され、前記回転盤上に円周に沿って配置された複数の誘導磁石が設置され、前記誘導磁石が前記コイルに相対して回転するとき、誘導電流を発生し、前記電力伝送ケーブルにより前記電流が出力され、
前記モーターが前記主軸に連接され、前記モーターの運転時、前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機の前記回転盤を回転させて電力を生成する、
ことを特徴とする、磁気浮上式発電機アセンブリ。
【請求項7】
前記主軸の上端に受動かさ歯車が設置され、前記モーターに歯車機構が連接され、前記歯車機構の能動かさ歯車が前記受動かさ歯車に噛合され、前記モーターの運転時、前記歯車機構を通じて前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機に発電させる、ことを特徴とする、請求項6に記載の磁気浮上式発電機アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発電機に関するものであり、より詳細には、磁気浮上式発電機アセンブリに関するものである。
【背景技術】
【0002】
台湾特許第M561728号において、風力一点磁気浮上方式による安定型最小抵抗の発電機が開示されており、これは、ハウジングに貫通する回転軸が設置され、当該ハウジングの内側の空間の内径壁に複数の固定子とプレートが設置され、当該固定子がリング状に配置された複数の第2磁石であり、当該回転軸の上端に第3磁石が設置され、下端に尖端が形成され、上端と下端の間にファンと、発電機と、複数の回転子が設置され、当該尖端が当該ハウジングの当該プレートに接触し、当該回転子が当該第2磁石と同じまたは反対の磁気特性を有する第1磁石であり、当該第1磁石と第2磁石の反発または吸引により、当該回転軸が垂直状態に保たれ、さらに当該回転軸の上端上方に第4磁石が設置され、当該第4磁石と第3磁石が相対する面の磁気特性が反対であることにより、当該第4磁石が第3磁石に吸引力を発生し、回転軸の重量を軽減することで、回転軸の回転の抵抗を最小限に抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、発電機アセンブリの運転過程において発生する摩擦抵抗を大幅に減少することにより、風力発電効率を大幅に高めた発電機アセンブリを提供することにある。当該発電機アセンブリは、風力発電や小出力のモーターで動力を入力する発電に適している。
【課題を解決するための手段】
【0005】
以下本発明について説明する。請求項1に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、内部空間を備えたハウジングを含み、
前記ハウジングが、下磁気浮上支持座体と、上磁気浮上支持座体と、複数の磁気浮上軸受と、主軸と、発電機と、ファンユニットと、を含み、
前記下磁気浮上支持座体が、前記内部空間の底面に設置され、
前記上磁気浮上支持座体が、前記内部空間の頂面に設置され、
前記複数の磁気浮上軸受が、前記内部空間内の垂直方向に沿って前記下磁気浮上支持座体に対応する上方の異なる高さ位置に設置され、
前記主軸が、前記内部空間内の前記複数の磁気浮上軸受に垂直に配置され、前記主軸の上端と下端がそれぞれ前記上磁気浮上支持座体と前記下磁気浮上支持座体に連接され、前記主軸の上端が前記ハウジングの外部まで延伸され、
前記発電機が、固定子とする複数のコイルと、回転子とする少なくとも1つの回転盤を備え、前記コイルが前記主軸の周囲に沿って前記ハウジングに固定して設置され、かつ電力伝送ケーブルに接続され、前記少なくとも1つの回転盤が前記主軸に固定され、前記回転盤上に円周に沿って配置された複数の誘導磁石が設置され、前記誘導磁石が前記コイルに相対して回転するとき、誘導電流を発生し、前記電力伝送ケーブルにより前記電流が出力され、
前記ファンユニットが前記主軸に連接され、前記ファンユニットの運転時、前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機の前記回転盤を回転させて電力を生成する。
【0006】
当該発電機アセンブリによれば、当該主軸が磁気浮上支持座体と磁気浮上軸受の支持により立った状態に維持され、当該主軸の回転時における摩擦抵抗を先行技術より低減し、発電効率を高めることができる。
【0007】
請求項2に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、請求項1における下磁気浮上支持座体が、下回転盤と、下固定盤を含み、前記上磁気浮上支持座体が、上回転盤と、上固定盤を含み、
前記下回転盤が、前記主軸の下端に固定され、前記下回転盤の下面の中心及び円周に複数の第1磁石が配置され、
前記下固定盤が、前記ハウジングの前記内部空間の底面に固定され、前記下固定盤の上面の中心及び円周に複数の第2磁石が配置され、
前記上回転盤が、前記主軸に固定され、前記上回転盤の上面の中心及び円周に複数の前記第2磁石が配置され、
前記上固定盤が、前記ハウジングの前記内部空間の頂面に配置され、前記上固定盤の下面の中心及び円周に複数の前記第1磁石が配置され、
そのうち、前記第1磁石と前記第2磁石が同じ磁性を有し、前記上回転盤と前記上固定盤間、及び前記下回転盤と前記下固定盤間が、前記第1磁石と前記第2磁石の相互反発により接触しない。
【0008】
これにより、当該磁気浮上支持座体が当該主軸の垂直方向上の重量を浮上状態で支持する。
【0009】
請求項3に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、請求項2における複数の磁気浮上軸受が、それぞれ回転子と、固定子を含み、
前記回転子が、前記主軸の外囲に沿って配置された複数の第4磁石であり、
前記固定子が、シリンダー体であり、その内円周に沿って複数の第3磁石が配置され、前記固定子が前記ハウジングに固定され、前記複数の第3磁石により前記複数の第4磁石を包囲させ、
そのうち、前記第3磁石と前記第4磁石が同じ磁性を有し、前記主軸と前記固定子間が前記第3磁石と前記第4磁石の相互に反発により接触しない。
【0010】
請求項4に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、請求項3における複数の磁気浮上軸受が、それぞれ回転子と、固定子を含み、発電機が2つの前記回転盤を備え、前記2つの回転盤が、前記主軸に固定され、かつ前記コイルの相対する両側に対称に配置される。
【0011】
請求項5に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、請求項4における複数の磁気浮上軸受が、それぞれ回転子と、固定子を含み、前記ファンユニットがブレードを備え、前記ブレードが回転軸に連接され、前記回転軸に能動かさ歯車が設置され、かつ前記主軸の上端に受動かさ歯車が設置され、前記能動かさ歯車と前記受動かさ歯車が噛合され、前記ブレードが回転すると、前記能動かさ歯車及び前記受動かさ歯車により前記主軸を駆動して回転させ、前記発電機に発電させる。
【0012】
本発明の磁気浮上式発電機アセンブリの別の一実施態様においては、小出力モーターで当該ファンユニットを置き換え、モーターが出力する小電力を利用して当該主軸を駆動して回転させ、発電機に大出力の電力を出力させてもよい。
【0013】
請求項6に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、内部空間を備えたハウジングを含み、
前記ハウジングが、下磁気浮上支持座体と、上磁気浮上支持座体と、複数の磁気浮上軸受と、主軸と、発電機と、モーターと、を含み、
前記下磁気浮上支持座体が、前記内部空間の底面に設置され、
前記上磁気浮上支持座体が、前記内部空間の頂面に設置され、
前記複数の磁気浮上軸受が、前記内部空間内の垂直方向に沿って前記磁気浮上支持座体に対応する上方の異なる高さ位置に設置され、
前記主軸が、前記内部空間内の前記複数の磁気浮上軸受に垂直に配置され、前記主軸の上端と下端がそれぞれ前記上磁気浮上支持座体と前記下磁気浮上支持座体に連接され、前記主軸の上端が前記ハウジングの外部まで延伸され、
前記発電機が、固定子とする複数のコイルと、回転子とする少なくとも1つの回転盤を備え、前記コイルが前記主軸の周囲に沿って前記ハウジングに固定して設置され、かつ電力伝送ケーブルに接続され、前記少なくとも1つの回転盤が前記主軸に固定され、前記回転盤上に円周に沿って配置された複数の誘導磁石が設置され、前記誘導磁石が前記コイルに相対して回転するとき、誘導電流を発生し、前記電力伝送ケーブルにより前記電流が出力され、
前記モーターが前記主軸に連接され、前記モーターの運転時、前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機の前記回転盤を回転させて電力を生成する。
【0014】
請求項7に記載する磁気浮上式発電機アセンブリは、請求項6における主軸の上端に受動かさ歯車が設置され、前記モーターに歯車機構が連接され、前記歯車機構の能動かさ歯車が前記受動かさ歯車に噛合され、前記モーターの運転時、前記歯車機構を通じて前記主軸を駆動して回転させることで、前記発電機に発電させる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の磁気浮上式発電機アセンブリは、主軸の下端に設置された磁気浮上支持座体と、主軸側面の対称の位置に相互に反発する磁力を提供することで主軸を支持するため、主軸が駆動されて回転するときに受ける摩擦抵抗が極めて小さく、主軸の回転速度をより高め、持続時間をより長くし、発電効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【
図1】本発明の発電機アセンブリの実施例1の平面断面図である。
【
図2】本発明の回転盤底面に設置された第1磁石の配置状態を示す仰視図である。
【
図3】本発明の固定盤上面に設置された第2磁石の配置状態を示す俯瞰図である。
【
図4】本発明の発電機アセンブリの実施例2の平面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例0017】
図1に示すように、本発明の磁気浮上式発電機アセンブリは、風力発電機アセンブリにてきしており、その実施例1は、内部空間を備えたハウジング1を含み、当該内部空間の頂面と底面にそれぞれ上磁気浮上支持座体7と下磁気浮上支持座体2が設置され、当該内部空間内の垂直方向に沿って異なる高さ位置にそれぞれ同じ構造の第1磁気浮上軸受3と第2磁気浮上軸受6が設置され、当該第1磁気浮上軸受3と第2磁気浮上軸受6が当該ハウジング1に、かつ当該下磁気浮上支持座体2の上方に対応して固定される。そのうち、当該下磁気浮上支持座体2は、複数の第1磁石2Aが配置された下回転盤21と、複数の第2磁石2Bが配置された下固定盤22より構成される。
図2に示すように、当該下回転盤21は円盤体であり、下面の中心及び中心を囲む周囲に複数の第1磁石2Aを配置でき、かつ当該下回転盤21の上面中央が主軸5の下端に固定される。
図3に示すように、当該下固定盤22も円盤体であり、上面の中心及び中心を囲む周囲に複数の第2磁石2Bを配置でき、かつ当該第1磁石2Aと第2磁石2Bの磁性が同じであり、当該下固定盤22がハウジング1の底部に固定され、当該下回転盤21と相互に対向する。当該上磁気浮上支持座体7は、複数の第1磁石7Aが配置された上固定盤71と、複数の第2磁石7Bが配置された上回転盤72より構成され、同様に、当該上固定盤71は円盤体であり、その下面の中心及び中心を囲む周囲に複数の第1磁石7Aが配置され、当該上固定盤71がハウジング1内部の頂面に固定至される。当該上回転盤72も円盤体であり、その上面の中心及び中心を囲む周囲に複数の第2磁石7Bが配置され、かつ当該第1磁石7Aと第2磁石7Bの磁性が同じであり、当該上回転盤72が主軸5に固定され、かつ上固定盤71近くで相互に対向する。
【0018】
当該第1磁気浮上軸受3は、第1固定子31及び第1回転子で構成され、当該下回転盤21上方の主軸5に設置される。当該第1固定子31はシリンダー体であり、その内円周に沿って複数の第3磁石3Aが配置される。当該第1固定子31はハウジング1に固定され、例えば、
図1に示す実施例は、ラック11を利用して第1固定子31を固定している。当該第1回転子はそれ自体が複数の第4磁石3Bより構成され、当該複数の第4磁石3Bは主軸5の外円周に沿って配置され、かつ当該第3磁石3Aにより当該第4磁石3Bが包囲される。そのうち、当該第3磁石3Aと当該第4磁石3Bの磁性は同じであるため、当該第1固定子31に設置された当該第3磁石3Aが、当該主軸5に設置された当該第4磁石3Bを包囲した後、相互の反発力により側面方向上で当該主軸5を支持することができる。同様に、当該第2磁気浮上軸受6は、第2固定子61及び第2回転子で構成され、当該上回転盤72下方の主軸5に設置される。当該第2固定子61はシリンダー体であり、その内円周に沿って複数の第3磁石6Aが配置される。当該第2固定子61がハウジング1に固定され、例えば、
図1に示す実施例は、ラックにより当該第2固定子61をハウジング1に固定している。当該第2回転子はそれ自体が複数の第4磁石6Bにより構成され、当該複数の第4磁石6Bは主軸5の外円周に沿って配置され、かつ当該第3磁石6Aにより当該第4磁石6Bが包囲される。そのうち、当該第3磁石6Aと当該第4磁石6Bの磁性は同じであるため、当該第2固定子61に設置された第3磁石5Aが、当該主軸5に設置された当該第4磁石6Bを包囲した後、相互の反発力により側面方向上で当該主軸5を支持することができる。つまり、当該主軸5の上方と下方に配置された当該第2磁気浮上軸受6と当該第1磁気浮上軸受3により、当該主軸5を立った状態に保持することができる。
【0019】
本発明はさらに、当該第1磁気浮上軸受3と当該第2磁気浮上軸受6の間の当該主軸5上に発電機4が設置される。当該発電機4は、好ましくは、固定子とする複数のコイル43と、回転子とする2つの回転盤を備え、当該複数のコイル43が当該主軸5の周囲に沿って当該ハウジング1に固定して設置され、かつ電力伝送ケーブル40に接続される。当該2つの回転盤が、当該主軸5に固定して当該コイル43の相対する両側に配置された第1回転盤41と第2回転盤42を含み、そのうち、当該第1回転盤41の下表面上に円周に沿って配置された複数の第1誘導磁石4Aが配置され、当該第2回転盤42の上表面上に円周に沿って配置された複数の第2誘導磁石4Bが配置される。当該第1回転盤41と当該第2回転盤42が当該主軸5とともに回転されると、当該第1誘導磁石4Aと当該第2誘導磁石4Bが当該コイル43に相対して回転するとき、誘導電流が発生し、この電流が当該電力伝送ケーブル40により出力される。当該発電機4は、別の一実施例において、1つの回転盤飲みを設置し、コイル43と相対して回転させたときに比較的小さい電流を発生するようにしてもよい。このほか。当該発電機4は、実際の必要に応じて、複数セットを配置し、より多くの電流を発生させることもできる。
【0020】
当該主軸5の上端が当該ハウジング1の外部まで延伸され、かつ当該ハウジング1外部上方に設置されたファンユニット8に接続され、当該ファンユニット8が当該発電機4の動力源となる。
【0021】
当該ファンユニット8は、ブレード84を備え、当該ブレード84は回転軸81に連接され、当該回転軸81は第3磁気浮上軸受85を介して当該ハウジング1に設置される。当該回転軸81の端部に能動かさ歯車82が設置され、かつ当該能動かさ歯車82と噛合させて当該主軸83に受動かさ歯車83が設置される。当該第3磁気浮上軸受85の構造は、当該第1磁気浮上軸受3及び当該第2磁気浮上軸受6と同じであり、つまり、当該第3磁気浮上軸受85は、第3固定子851及び第3回転子で構成される。当該第3固定子851はシリンダー体であり、その内円周に沿って複数の第3磁石8Aが配置される。当該第3固定子851は当該ハウジングに固定され、例えば、
図1に示す実施例は、ハウジング1に設置されたラックを利用して、当該第3固定子851を固定している。当該第3回転子はそれ自体が複数の第4磁石8Bより構成され、当該複数の第4磁石8Bは回転軸81の外円周に沿って配置され、かつ当該第3磁石8Aにより当該第4磁石8Bが包囲される。そのうち、当該第3磁石8Aと当該第4磁石8Bの磁性が同じであるため、当該第3固定子851に設置された当該第3磁石8Aが、当該回転軸81に設置された当該第4磁石8Bを包囲した後、相互の反発力により垂直方向上で当該回転軸81を支持することができる。このため、当該ブレード84が風力を受けて駆動され、回転すると、当該能動かさ歯車82及び当該受動かさ歯車83を通じて当該主軸5が駆動されて回転し、当該発電機4を駆動して運転させ、発電させることができる。
【0022】
前述の発電の運転過程において、当該主軸5の上端と下端がそれぞれ当該上磁気浮上支持座体7及び当該下磁気浮上支持座体2により浮上状態で支持され、かつ当該主軸5の側面方向が当該第1磁気浮上軸受3と当該第2磁気浮上軸受6により支持されるため、当該主軸5は回転過程で機械的な摩擦を受けず、摩擦抵抗力を最大限まで抑え、発電効率が高められる。